SIR20型地質雷達在城市埋地管網探測中的應用

摘 要:地質雷達在城市地下管道的探測工作中得到了廣泛應用，取得了較好的效果。本文在實際城市地下管網探測的工作中應用SIR20型地質雷達，對管道埋深、管道材質和管道大小進行探測分析。將分析判斷的結果與實際管道參數對比發現，SIR20型地質雷達的探測結果是基本可靠的。對于提高地質雷達的判斷結果，本文也給予了一定的分析。

關鍵詞:城市管網地質雷達探測

中圖分類號:TU990文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0137-01

在城市建設過程中，大量的給排水、供氣等功能管道布置在地下，隨著城市的發展和變遷，很多管道的位置信息資料遺失，為將來的市政建設帶來一定的麻煩。比如施工建設中將先前的地下管道破壞，造成泄漏就會帶來安全問題。因此，有必要對信息資料缺乏的施工地點進行地下管道的探測工作。目前，地下管道探測工作主要使用的就是管道探測儀和地質雷達，其中地質雷達技術成為一種越來越廣泛使用的方法。

1 地質雷達工作原理

地質雷達法的工作原理是用無載波高速脈沖作為探測地下目標的信號源，其脈沖參數因目標探測要求而定。用寬帶天線將高速脈沖換成脈沖電磁波進行輻射，一部分經發射天線直接到達接收天線形成直達波，可用作地下目標深度的參考;一部分進入地下傳播，當遇到地下目標或不同媒質界面時產生反射，反射的電磁波經地表到接收天線形成反射波，反射波相對地表反射的直達波出現的時間是電磁波從地表到目標再從目標到地表傳播所需的時間。反射波帶有地下目標和地下媒質的性質信息，對反射波進行分析，可以確定地下目標的性質。

反射信號的強度主要取決于上、下層介質的電性差異，電性差越大，反射信號越強。雷達波的穿透深度主要取決于地下介質的電性和波的頻率。電導率越高，穿透深度越小;頻率越低，穿透深度越大。

2 地質雷達選型

本文以實際城市管網探測為目的，對城市道路或綠地下的各類管道進行探測，如金屬管、PVC管和混凝土管等。雷達檢測采用美國GSSI公司研制的SIR20型地質雷達儀。天線頻率選用屏蔽天線，頻率在400MHz和900MHz兩種天線。400MHz天線探測深度大致在3～4m，900MHz探測深度大致在1～2m，可以滿足該次探測任務的深度要求。本次探測任務測線布置比較簡單，屬于直線型測線，跨越被測地點，基本與可能存在的管道正交。

3 典型探測圖像分析

根據相關文獻研究，地質雷達探測城市地下管網可反映出來的特征有埋設深度、材質和管徑大小。以下就對本次探測的一些典型圖像(如圖1)進行分析。

3.1 不同材質管道

城市地下管線從形狀上講都是圓形截面的管道，不同之處在于管徑的不同。因此，在雷達探測圖像上不同材質的管道由于具有相似的截面形狀而產生了共同的圖像特征。也就是反射波基本都呈現出同相軸向上凸起的“雙曲線”弧形，并且這些弧形頂部的波形振幅最大，兩端的繞射波振幅最小。

金屬管線由金屬材質構成，因此相對介電常數小，導電能力強。在探測圖像上反映出反射波振幅非常強，信號強度大，基本上沒有多次反射波。如圖1中的D信號和E信號。

混凝土管與金屬管相反，其介電常數較高，導電能力差。反射波一般較弱，在地質條件較差的地方，“雙曲線”弧形很不明顯。只在條件較好的地方能夠探測到管底的反射波信號。如圖1中的信號A、B。

PVC管也屬于非金屬管，一般的PVC管運送的都是水，所以會有比較明顯的反射波信號出現，并且反射波多次反射，呈現出多個“雙曲線”弧形。如圖1中的信號C。

3.2 不同埋設深度

從雷達掃描圖像中可以看出管道所在處的反射現象非常明顯，具有“雙曲線”的外形特征，其實質是波形在遇到管道后產生的反射波組呈現向下開口的圖形，像雨傘一樣的輪廓。根據一般探測的經驗和相關文獻的介紹，雙曲線的中心位置就是管道的中心位置。在管道埋深的判斷中，PVC管道圖像具有明顯的多次波，而且一次波的波形不像金屬管道圖像那樣顯著，對于PVC管道本文認為相鄰另外兩個多次波的峰值之間的距離就是PVC管道的管頂埋深。

基于以上分析，圖1中的信號A、B、C、D、E所代表的管道埋深大概在2.3m、2.5m、0.24m、0.2m和1.4m，與設計施工圖紙對比發現所判定的深度基本符合記錄數據。

3.3 管徑大小

根據地質雷達的圖像，并不能準確地判斷出管道的直徑，尤其是金屬管道的直徑。但是對于非金屬管道而言，管徑越大，管頂部與管底部反射時間相差越大，也就是說管徑大小與多次反射波的間距之間呈正比關系。

4 結論

結合實際城市管網探測工作，本文應用SIR20型地質雷達基本滿足了管道探測工作的任務要求，這說明地質雷達探測管道的方法是可行的。本文結論如下:

(1)對于金屬管道可以使用的方法和設備較多，但是對于非金屬管道而言，地質雷達探測具有其獨特的優勢。(2)管道探測工作之前需要對現場進行調查，盡量收集相關的管道資料，在作出充分論證和分析后，制定雷達探測工作計劃。(3)SIR20型地質雷達在管道探測中需要對天線進行選擇，根據管道埋設深度選擇合適的天線，配置合理的天線參數，這對于探測圖像的好壞至關重要。

參考文獻

[1]李大心.探地雷達方法與應用.北京:地質出版社，1994.

[2]楊向東．地下管線綜合探測技術在道路改造中的應用[J]．物探與化探，2001，25(6):477～479．